本發(fā)明屬于位置測量，尤其涉及直線電機動子位置測量，具體公開了一種直線電機動子位置測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、永磁直線同步電機(permanent?magnet?synchronous?linear?motor，pmlsm)伺服控制系統(tǒng)具有加速快、穩(wěn)態(tài)誤差小、超調(diào)小、推力質(zhì)量好等優(yōu)點，常應用于高檔機床、激光切割機等工業(yè)領(lǐng)域。電機位置反饋的精度是實現(xiàn)伺服控制系統(tǒng)高控制精度的關(guān)鍵。位置檢測的抗干擾性將影響伺服控制系統(tǒng)的魯棒性。因此，有必要探索一種高精度、魯棒的永磁同步電機動臂位置測量方法。

2、近年來，基于機器視覺的位置測量技術(shù)因其檢測精度高、實用性強、魯棒性強等優(yōu)點，被廣泛應用于無人機遙感控制領(lǐng)域的目標跟蹤、定位。最重要的是，它的成本與測量范圍無關(guān)，主要取決于相機的成本。因此，有研究采用圖像測量技術(shù)檢測大行程直線位置。

3、目前，對長行程直線電機運動位置的精密測量主要采用激光干涉儀、磁柵式位置傳感器和光柵式位置傳感器。該類傳感器的測量精度可達到納米級，滿足大多數(shù)器件的加工精度要求。然而，激光干涉儀價格昂貴，易受系統(tǒng)振動的影響，并且需要在干燥清潔的環(huán)境中工作。磁柵式位置傳感器容易受到系統(tǒng)環(huán)境噪聲的影響，特別是系統(tǒng)電流對傳感器磁場的干擾。光柵式位置傳感器具有較強的抗干擾性能，但隨著測量長度的增加，設(shè)備的制造難度和成本也會成倍增加。并且根據(jù)增量式傳感器的特點，特別是當工作溫度發(fā)生變化時，系統(tǒng)的累積誤差會隨著行程的增加而增加。

4、現(xiàn)有的數(shù)字圖像測量技術(shù)應用于直線電機動子位置檢測領(lǐng)域，是通過計算動子位移前后兩幅圖像的亞像素位移經(jīng)過系統(tǒng)標定得到動子實際位移值。這樣的測量方法會造成測量過程中的誤差累積。因此，為解決位置測量過程中的誤差累積問題，有必要為大行程條件下的直線電機動子位置測量提供新的思路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種直線電機動子位置測量方法，旨在進一步提高現(xiàn)有圖像測量方法的測量精度、魯棒性；該方法通過構(gòu)建圖像樣本序列(為測量提供固定位置參考點)的方式，解決了傳統(tǒng)圖像測量方法(如：cn202310672462.7)存在的累計誤差問題，更好地適應大行程情況下直線電機動子位置的測量問題；構(gòu)建了多速度樣本庫，提供了多工況條件下的直線電機動子位置測量方法，更好適應直線電機動子位置測量的實際應用，為大行程直線電機動子位置檢測提供了一個低成本、高精度、高魯棒性的測量方法。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種直線電機動子位置測量方法，所述直線電機動子位置測量方法包括以下步驟：

3、基于預設(shè)好的直線電機的目標拍攝源和測量系統(tǒng)，構(gòu)建多速度樣本庫；

4、根據(jù)直線電機的位置環(huán)頻率，設(shè)定動子位置測量的單次測量周期；其中，所述單次測量周期包括瞬時速度測量和動子位置預測；

5、根據(jù)所述多速度樣本庫配準單次測量周期的基準圖像；

6、在單次測量周期內(nèi)，以第一采集頻率采集目標拍攝源，得到i個采集圖像；其中所述第一采集頻率大于所述位置環(huán)頻率，i為自然數(shù)；

7、計算采集圖像與基準圖像間的位移，用于反推采集周期內(nèi)的動子運動速度，并作為動子瞬時速度；

8、根據(jù)所述動子瞬時速度、所述基準圖像預估反饋時刻動子位置，通過反饋時刻動子位置確定實際動子位移。

9、本發(fā)明的另一目的在于提供一種直線電機動子位置測量系統(tǒng)，該直線電機動子位置測量系統(tǒng)包括：

10、數(shù)據(jù)庫模塊，用于基于預設(shè)好的直線電機的目標拍攝源和測量系統(tǒng)，構(gòu)建多速度樣本庫；

11、測量周期設(shè)定模塊，用于根據(jù)直線電機的位置環(huán)頻率，設(shè)定動子位置測量的單次測量周期；其中，所述單次測量周期包括瞬時速度測量和動子位置預測；

12、拍攝圖像配準模塊，用于根據(jù)所述多速度樣本庫配準單次測量周期的基準圖像；

13、圖像采集模塊，用于在單次測量周期內(nèi)，以第一采集頻率采集目標拍攝源，得到i個采集圖像；其中所述第一采集頻率大于所述位置環(huán)頻率，i為自然數(shù)；

14、瞬時速度測量模塊，用于計算采集圖像與基準圖像間的位移，用于反推采集周期內(nèi)的動子運動速度，并作為動子瞬時速度；

15、動子位置預測模塊，用于根據(jù)所述動子瞬時速度、所述基準圖像預估反饋時刻動子位置，通過反饋時刻動子位置確定實際動子位移。

16、本發(fā)明的另一目的在于提供一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器中存儲有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行所述直線電機動子位置測量方法的步驟。

17、本發(fā)明的另一目的在于提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行所述直線電機動子位置測量方法的步驟。

18、本發(fā)明提供的一種直線電機動子位置測量方法，該方法將依據(jù)位置環(huán)控制測量周期，將測量周期分為若干的小周期，是通過單次測量周期內(nèi)，相機的多次拍攝，計算拍攝圖像相對于單周期樣本參考圖像位移，獲得動子瞬時速度；通過運動公式預估位置反饋時刻動子位置，測量靈活性強，可以很好適應動子的復雜條件運行狀態(tài)；本方法通過計算動子瞬時速度對反饋時刻動子位置進行高精度預估，可以做到預反饋或?qū)崟r反饋，不存在反饋延時的問題，使得實時性與控制精度大大提高。

技術(shù)特征：

1.一種直線電機動子位置測量方法，其特征在于，所述直線電機動子位置測量方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，所述直線電機的目標拍攝源的預設(shè)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，所述直線電機的測量系統(tǒng)的預設(shè)，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，所述構(gòu)建多速度樣本庫的步驟，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，在根據(jù)直線電機的位置環(huán)頻率，設(shè)定動子位置測量的單次測量周期的步驟中，所述位置環(huán)頻率設(shè)置為100hz，單次測量周期設(shè)置為0.01秒。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，在根據(jù)所述多速度樣本庫配準單次測量周期的基準圖像的步驟中，配準采用的是圖像歸一化互相關(guān)檢測算法。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，根據(jù)所述動子瞬時速度、所述基準圖像預估反饋時刻動子位置，通過反饋時刻動子位置確定實際動子位移的步驟，具體包括：

8.一種直線電機動子位置測量系統(tǒng)，用于如權(quán)利要求1-7任意一項所述的直線電機動子位置測量方法，其特征在于，該直線電機動子位置測量系統(tǒng)包括：

9.一種計算機設(shè)備，其特征在于，所述計算機設(shè)備包括處理器和存儲器，所述存儲器上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行權(quán)利要求1至7中任一項權(quán)利要求所述直線電機動子位置測量方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行權(quán)利要求1至7中任一項權(quán)利要求所述直線電機動子位置測量方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于位置測量技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種直線電機動子位置測量方法及系統(tǒng)，所述方法包括：基于預設(shè)好的直線電機的目標拍攝源和測量系統(tǒng)，構(gòu)建多速度樣本庫；根據(jù)直線電機的位置環(huán)頻率，設(shè)定動子位置測量的單次測量周期；根據(jù)所述多速度樣本庫配準單次測量周期的基準圖像；在單次測量周期內(nèi)，以第一采集頻率采集目標拍攝源，得到i個采集圖像；計算采集圖像與基準圖像間的位移，用于反推采集周期內(nèi)的動子運動速度，并作為動子瞬時速度；根據(jù)所述動子瞬時速度、所述基準圖像預估反饋時刻動子位置，通過反饋時刻動子位置確定實際動子位移。本發(fā)明中構(gòu)建了多速度樣本庫，提供了多工況條件下的動子位置測量，更好適應動子位置測量的實際應用。

技術(shù)研發(fā)人員：趙吉文,吳浩宇
受保護的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6